Naładuj samochód w 10 minut, a laptop w minutę

Wyobraź sobie, że Twój rozładowany laptop lub telefon mógłby zostać naładowany w ciągu minuty lub gdyby samochód elektryczny mógł być w pełni naładowany w 10 minut.

Chociaż nie jest to jeszcze możliwe, nowe badania przeprowadzone przez zespół naukowców z Uniwersytetu Kolorado w Boulder mogą potencjalnie doprowadzić do takich postępów.

W „Proceedings of the National Academy of Sciences” opublikowano informację, że naukowcy z laboratorium Ankura Gupty odkryli, jak maleńkie naładowane cząstki, zwane jonami, poruszają się w złożonej sieci maleńkich porów. Przełom może doprowadzić do opracowania bardziej wydajnych urządzeń do magazynowania energii, takich jak superkondensatory, powiedział Gupta, adiunkt inżynierii chemicznej i biologicznej.

Biorąc pod uwagę kluczową rolę energii w przyszłości planety, poczułem inspirację do zastosowania mojej wiedzy z zakresu inżynierii chemicznej do udoskonalenia urządzeń magazynujących energię – powiedział Gupta. Wydawało mi się, że temat był nieco niedostatecznie zbadany i jako taki stanowił idealną okazję.

Gupta wyjaśnił, że do badania przepływu w materiałach porowatych, takich jak zbiorniki ropy i filtracja wody, wykorzystuje się kilka technik inżynierii chemicznej, ale nie zostały one w pełni wykorzystane w niektórych systemach magazynowania energii.

Odkrycie ma znaczenie nie tylko dla magazynowania energii w pojazdach i urządzeniach elektronicznych, ale także dla sieci elektroenergetycznych, gdzie zmienne zapotrzebowanie na energię wymaga wydajnego magazynowania, aby uniknąć odpadów w okresach niskiego zapotrzebowania i zapewnić szybkie dostawy w okresach dużego zapotrzebowania.

Superkondensatory, urządzenia do magazynowania energii, które opierają się na gromadzeniu się jonów w porach, charakteryzują się krótkim czasem ładowania i dłuższą żywotnością w porównaniu do akumulatorów.

Główną zaletą superkondensatorów jest ich prędkość – powiedział Gupta. Jak więc możemy przyspieszyć ich ładowanie i uwalnianie energii? Poprzez bardziej efektywny ruch jonów.

Ich odkrycia modyfikują prawo Kirchhoffa, które reguluje przepływ prądu w obwodach elektrycznych od 1845 roku i jest podstawą zajęć ścisłych dla uczniów szkół średnich. W przeciwieństwie do elektronów jony poruszają się zarówno pod wpływem pól elektrycznych, jak i dyfuzji, a badacze ustalili, że ich ruchy w miejscach przecięcia porów różnią się od opisanych w prawie Kirchhoffa.

Przed badaniami w literaturze opisano ruch jonów jedynie w jednym prostym porze. Dzięki tym badaniom można w ciągu kilku minut symulować i przewidywać ruch jonów w złożonej sieci tysięcy wzajemnie połączonych porów.

Na tym polega postęp pracy – powiedział Gupta. Znaleźliśmy brakujące ogniwo.

Źródło: materiały Uniwersytetu Kolorado w Boulder, grafika: rawpixel.com